面向损伤控制的减震结构体系阻尼比解析计算及性能设计EI北大核心CSCD

与基于力、基于位移及基于能量的设计方法相比,基于损伤的结构抗震设计方法能够更全面直接地确定或评估结构抗震性能。由于缺乏消能部件附加等效阻尼比与主体结构损伤程度之间的关系表征,目前基于损伤的减震结构性能设计方法只能通过消能器设计参数的迭代调整分析实现预期损伤。针对以上不足,从能量耗散角度剖析了减震结构主体部分损伤机理,通过弹塑性耗能差率损伤模型建立减震结构附加等效阻尼比与损伤指数之间的定量关系,并提出消能部件在地震动下的动态附加等效阻尼比计算方法。在此基础上结合地震易损性分析方法提出面向损伤控制的减震结构体系性能设计流程。通过算例表明阻尼比解析计算准确,该流程具有通用简便、不需迭代等优点,能够将主体结构的损伤程度有效控制至预期损伤目标。该方法也可以兼容基于位移的设计方法,且具有更严格的概率统计意义。     

基于支撑刚度的消能减震结构最优阻尼参数研究

基于传统消能减震体系力学模型的研究,提出考虑支撑等连接件刚度的实用减震体系力学模型。结合数学方法中的拉普拉斯变换和傅里叶变换,推导实用减震体系的传递函数及其频率特性。再利用频率响应曲线中的定点理论对频率特性进行深入研究,发现频率响应曲线的定点是曲线峰值能够达到的理论最低点,进一步推出实用减震体系的最优阻尼比和频响曲线最低峰值等参数的计算公式。最后通过单自由度体系验证了最优阻尼比的存在性,给出支撑刚度系数的建议取值范围,并通过工程实例说明支撑刚度系数在消能减震结构设计中的重要意义。     

考虑土-结构相互作用的黏弹性减震结构的简化设计方法

首先在频域中建立了考虑土-结构相互作用(SSI)的黏弹性阻尼单自由度消能减震结构体系的动力平衡方程,通过模态应变能法及结构体系的传递函数,推导出了结构体系等效周期及等效阻尼比的计算方法,并参数化分析了SSI效应对消能减震结构的影响。结果表明结构的高宽比及初始附加阻尼比对阻尼器的减震效率影响较大。通过等效方法将质量刚度分布比较均匀的多自由度减震框架体系简化为单质点体系进行抗震分析。算例表明该方法具有一定的精度,对考虑SSI效应的消能减震结构体系的抗震评估具有一定的工程应用价值。     

考虑结构损伤的消能减震结构能量设计方法

与基于承载力和基于位移方法相比,基于能量的抗震设计方法能够更为全面的评估结构抗震性能。该文从能量的角度提出了一种考虑主结构损伤耗能的简化抗震设计方法,将结构滞回耗能设计由阻尼器和主结构共同承担,并据此用等效阻尼比将损伤引入到主结构,通过延性系数建立了结构损伤指数与等效阻尼比之间的关系,给出了阻尼器耗能求解公式及设计流程。该方法无迭代过程,且能在设计之初实现主结构的损伤控制。算例表明,该方法简单、实用,为消能减震结构设计提供了一个新方法。     

基于遗传算法的电磁分流阻尼参数优化

提出一种基于遗传算法的电磁分流阻尼的最优参数设计,可解决定点理论(H∞优化)不能考虑主系统阻尼进行优化的缺点.首先导出包含主系统阻尼比的位移放大因子无量纲参数的表达式;然后使用PQ定点法推导出主系统阻尼比为0时的最优调谐比、最优阻尼比;再建立考虑主系统阻尼比时基于遗传算法的目标函数以及适应度函数,最后分别求得当主系统阻...     

基于试验的大跨异形钢连廊连体结构地震易损性分析

基于能量集中耗散的理念,提出在连体结构一侧塔楼设置减震层,形成具有耗能减震层的连体结构控制体系,并利用达朗贝尔原理推导了该体系的振动微分方程,研究了三种不同结构形式的连体结构控制体系最优参数特征及减震效果。结果表明：这三种连体结构控制体系的最优阻尼系数与刚度随减震层位置的上升呈下降趋势,其中最优阻尼变化相对平稳,而最优刚度则变化较大;当减震层设置在低楼层时,可以获得相对较好的减震效果,且在偏刚塔楼设置减震层的减震效果更佳,但最优参数数值更大;左右塔楼的减震效果存在一定差异性,其中左塔楼楼层响应所呈现出减震层位置越低效果越好的趋势更加明显,右塔楼则在减震层位置附近的楼层具有较好的减震效果;连体结构设置减震层后,其顶层响应抑制效果显著。     

震后功能可快速恢复联肢剪力墙研究

震后功能可快速恢复成为地震工程领域的研究前沿。该文基于损伤控制的思想,提出一种震后功能可快速恢复的联肢剪力墙,由低损伤墙肢和可更换连梁组成。在强烈地震作用下,低损伤墙肢无损坏或轻微损坏,可更换连梁耗散地震能量,震后可通过更换连梁中的消能梁段(或阻尼器)而实现快速修复。试验研究表明,钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙的承载力高,压弯破坏时极限变形能力达1/33,远大于钢筋混凝土剪力墙的变形能力;在1/100位移角时,钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙轻微损坏,可作为低损伤墙肢。该文中可更换钢连梁由中部的消能梁段和两端的非消能梁段组成,大尺寸试件的拟静力试验表明,往复剪切作用下连梁的塑性变形和损伤集中在中部的消能梁段,可更换钢连梁的塑性转角可达0.06 rad,滞回曲线饱满、稳定,通过合理设计连接节点可实现强震后方便更换消能梁段。     

一类板方程的群分析与精确解

李群理论的对称分析常用于简化微分方程的求解,并且被有效地用于解决非线性问题。本文利用经典的李群分析方法讨论一类在工程和物理领域有着广泛应用的二维形式板振动的四阶偏微分方程的最优对称和精确解。首先,利用无穷小生成元方法求得方程的不变群和最优对称,再对板方程进行化约降阶,从而获得了方程的部分显式精确解。     

黏滞阻尼器在时程分析下的附加有效阻尼比研究

为了研究消能减震结构中黏滞阻尼器在时程分析中所提供的附加有效阻尼比,从阻尼力做功(阻尼能)的角度出发,建立阻尼能与附加有效阻尼比在时程过程中的关系,提出附加有效阻尼比的理论计算公式,并建立有限元分析模型来验证该公式,对比消能减震结构与等效结构的阻尼能。结果表明,该阻尼比计算公式比现有的其它公式具有更强的通用性及合理性,适用于计算黏滞阻尼器在任意时程分析过程中的附加有效阻尼比,且消能减震结构与等效结构具有相同的阻尼能。     

粘弹性消能支撑在网格屋盖结构上的应用研究

根据网格屋盖结构的动力特性和构造特点,提出粘弹性阻尼器小八字消能支撑进行减震控制,并采用单质点模型推导出设置消能支撑后屋盖结构的阻尼比计算公式,进一步依据震动谱理论推导出单质点分析法预测屋盖消能结构减震系数的公式,对于消能结构的详细设计则采用振型分解反应谱法或时程分析法,最后结合工程实例进行了数值分析,结果表明:粘弹性...     

基于分布参数模型的复合自复位结构参数分析

该文提出一种复合自复位结构,该结构在体系层次上由主、次两个子体系组成。主体系承担结构基本的使用功能,可以简化为剪切梁;次体系承担控制结构损伤模式、耗能和自复位的功能,可以简化为底部带有弹性转动约束的弯曲梁;二者组成复合自复位结构的剪弯梁分布参数模型。求解微分方程得到体系振型方程的闭合解。将剪弯刚度比和弯曲梁与底部弹性转动约束刚度比作为参数,分析了二者对体系的特征值、振型、振型参与系数和振型转角的影响,从动力学的角度解释了体系控制损伤模式的机理。利用该分布参数模型,可以合理地选择两种刚度比参数,使体系的层间位移分布均匀。结合振型叠加法计算结构响应,该模型可以为体系的初步设计和方案选择提供一定的参考。     

Minimax optimal control of uncertain quasi-integrable Hamiltonian systems with time-delayed bounded feedback

A minimax optimal control strategy for uncertain quasi-integrable Hamiltonian systems with time-delayed bounded feedback control is proposed. First, a quasi-integrable Hamiltonian system with time-delayed bounded control forces and uncertain excitation and system parameters is converted into a set of Itô stochastic differential equations without time delay. Then, the partially averaged Itô stochastic differential equations for the energy processes are derived by using the stochastic averaging method for quasi-integrable Hamiltonian systems. For these equations together with an appropriate performance index, a worst-case optimal control strategy is derived via solving a stochastic differential game problem. The worst-case disturbances and the optimal bounded controls are obtained by solving a Hamilton–Jacobi–Isaacs (HJI) equation. Finally, two examples are worked out in detail to illustrate the application and effectiveness of the proposed method.     

两层带开洞预制剪力墙抗震性能试验研究与数值模拟分析

为研究带窗洞的预制装配式混凝土剪力墙中窗下墙对结构抗震性能的影响,该文对两个带不同高度窗下墙的两层预制剪力墙试件进行了低周反复荷载试验。在此基础上,提出了带窗下墙预制剪力墙结构的精细有限元数值模拟方法,结合试验结果分析揭示了窗下墙对带开洞预制剪力墙抗震性能的影响。试验和数值模拟分析结果表明,两试件在初始受力阶段,窗下墙与下层连梁作为一根整体连梁共同工作,此后二者逐渐脱开,形成两根并列布置的双连梁;两试件的破坏形态均为墙肢根部和双连梁两端形成塑性铰,最终塑性铰区混凝土被压碎;窗下墙较高的试件W-2承载力和初始刚度均大于W-1,延性和耗能能力则小于W-1;预制剪力墙构件中的窗下墙可显著提高该类构件的刚度、承载力和耗能能力,对带窗下墙的预制剪力墙结构进行抗震设计时应对窗下墙予以考虑。     

地震激励邻接高层建筑的随机最优控制

采用控制设备联接相邻的高层建筑以降低其地震响应是一个切实有效的方法。基于随机动态规划原理与随机平均法,提出耦合相邻高层建筑的随机最优控制方法。先建立任意层数并在任意层高处控制联接的耦合结构的缩聚模型,再运用随机平均法导出关于模态能量的oIt随机微分方程,应用随机动态规划原理建立动态规划方程,由此可确定最优控制律。将结构的响应控制化为模态能量控制,缩减控制系统的维数。用高斯随机过程模拟地震激励,可计及其功率谱特性。数值结果表明该耦合结构随机最优控制方法的有效性。     

球对称压电壳的随机最优控制

分析研究球对称压电壳在边界随机激励下的最优控制问题。给出压电壳的机电动力学方程、应力和电位移表达式,建立其随机最优控制问题方程;通过电势积分转化为机械振动控制方程。通过位移变换和Galerkin法,导出关于模态位移的多自由度振动最优控制方程。根据随机动态规划原理,建立HJB方程,得到压电壳的最优控制电势;并给出受控壳系统的频响函数、响应谱密度和相关函数等表达式,以计算其随机响应。最后给出数值结果,显示压电壳的随机最优控制效果。     

钢框架-装配式两边连接薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

该文提出了一种适用于装配式高层钢结构的两边连接间断式盖板钢板剪力墙连接节点（DCPC）,分别对一个带DCPC的装配式两边连接钢框架-钢板剪力墙试件（FPSPSW）和一个两边焊接钢框架-钢板剪力墙试件（FWSPSW）进行了低周往复加载试验,研究了两种不同连接形式的钢框架-钢板剪力墙试件的抗震性能,得到了两组试件各自的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线及抗震性能指标等,对比分析了两者的破坏特征、延性性能、耗能能力及刚度退化等力学性能。结果表明：带DCPC的装配式两边连接钢框架-钢板剪力墙具有良好的抗震性能;结构本身符合\     

钢板剪力墙-RC框架结构基于能量平衡的大震塑性设计

两边连接屈曲约束钢板剪力墙具有承载力高、耗能能力强、延性好等优点;而且在结构中布置灵活,能够减小对框架柱的作用力,避免框架柱过早发生破坏.为确定墙体在结构中的布置方式以使结构抗震性能充分发挥,提出了钢板剪力墙-RC框架结构基于能量平衡的大震塑性设计方法.设定结构预期的整体破坏模式和目标位移,基于能量平衡原理计算结构的设...     

粘滞流体阻尼墙对平面不规则结构的扭转效应控制研究

平面不规则结构由于平扭耦联会使边界处的位移较规则结构增大很多,而给结构配置阻尼器是减小平面不规则结构边界位移的有效途径,该文将耗能效率较高的粘滞流体阻尼墙应用于控制平面不规则结构的扭转响应,研究阻尼墙控制结构扭转效应的机理及控制结构扭转的优化布置。将减震系统刚度矩阵转换到结构的质量中心,将配置阻尼墙后形成阻尼中心的阻尼矩阵转换到质量中心,从而建立可以考虑扭转效应和附加阻尼位置效应的非线性运动控制方程,并根据响应结果推导出结构位移比的表达式;利用运动方程研究阻尼中心的位置、阻尼力的大小、阻尼参数等对结构扭转效应的影响规律,结合结构位移比的表达式提出阻尼墙的平面配置原则和最优阻尼参数的取值方法。以某L型高层建筑为工程背景,根据上述原则配置阻尼墙并选取阻尼参数,并对减震体系在最不利地震动输入方向上进行非线性时程分析,分析结果表明通过合理配置粘滞阻尼墙,L型结构的扭转响应得到了有效的控制,结构最大边界位移和位移比大大降低。该研究结果为采用阻尼墙控制不规则结构扭转效应提供了基本原则和方法,并为不规则结构的减震设计提供有益的借鉴和参考。     

约束剪力墙对SRC框排架结构破坏模式及耗能性能的影响研究

通过SRC框排架模型结构拟动力试验、伪静力试验以及结构中典型SRC异型节点的伪静力试验,研究约束剪力墙对结构破坏模式与耗能性能的影响。结果表明：剪力墙能够起到第一道抗震防线的作用,形成利于抗震的破坏模式;薄弱部位随着地震作用的增强由煤斗层、运转层到底部两层下移;结构的荷载-位移滞回曲线比较饱满,耗能性能较好;剪力墙对结构中SRC异型节点的裂缝开展具有很好的约束作用,沿纵横向同时布置约束剪力墙能够改善该类节点的破坏模式;约束剪力墙可明显提高SRC异型节点的耗能性能、承载能力与延性性能。本文的研究可为推广应用SRC框排架结构体系提供基础研究资料。     

具有多个主振模态振动系统的减振优化设计

本文研究被动减振装置的优化设计问题。对经受稳态激励的振动系统提出了一个两步减振优化设计方法,以确定减振装置的最优安装位置和参数。该方法直接以对系统的振动量级要求为设计目标函数,避免对原始结构和附加减振结构组成的复杂系统进行重复的动态性能分析,因而可用于工程中复杂结构的减振设计。